JP2007247712A - 逆止弁およびこれを用いた流体供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体供給流路に配設し、通常の運転時は逆止弁として機能を発揮するとともに、外部とのシール性を維持しながら下流側から流体を供給することができる汎用性の高い逆止弁およびこれを用いた流体供給装置を提供すること。
【解決手段】 （１）両端の取合部４ａ，４ｂおよび中空部５によって流路を形成する本体部１、（２）中空部５に配置され、移動可能な常磁性材料からなるとともに、前記流路を封止する一端部２ａと付勢可能な他端部２ｂを有する弁体２、および（３）弁体２を挟むように設置された磁極３ａ，３ｂを有し、本体部１の外周部に対し配設し、かつ磁極３ａ，３ｂの取り付け・取り外しが可能、あるいは磁極３ａ，３ｂの取り付け位置の変更が可能な外装体３、からなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、逆止弁およびこれを用いた流体供給装置に関し、特に、半導体製造工場で使用される特殊ガス供給用配管に設置されている逆止弁およびこれを用いたガス供給装置などに有用である。

電子デバイスの特性には、半導体製造プロセスで使用される特殊材料ガスの純度とともに不純物の混入が大きな影響を与えることから、そのガス供給流路は非常に厳格な管理が求められる。具体的には、ＮＨ_３，ＢＣＬ_３，ＣＬ_２，ＳｉＨ_２ＣＬ_２，Ｓｉ_２Ｈ_６、ＨＢｒ、ＨＦ、Ｎ_２Ｏ、Ｃ_３Ｆ_８、ＳＦ_６、ＷＦ_６等に代表される半導体用特殊材料ガスについては、汚染されやすく、また、水分などと反応し腐蝕性の物質を形成する性質を有するガスが多い。従って、こうした特殊材料ガス供給装置のガス供給流路を構成する配管を保守点検する場合やガス供給流路に設けられた機器を交換する場合などにおいて、配管内への大気混入を防ぐ目的で、最小単位の流路において保守や交換ができるように、予め該当する配管ごとに逆止弁を配設する方法が実施されている。また、こうした逆止弁は、操作部分がないことから、スプリング等単純な部品の組合せにて構成されており、バルブなどの部品に比べ小さく、配管パネル上のスペースが節約でき、機械的に強制リセットをする部分がないため、リセット忘れがなく安価に製造できることから、半導体製造プロセスに限らず、種々のプロセスにおいて下流側からの逆流を防止する目的で多用されている。

このとき用いられる逆止弁としては、例えば、図８（イ），（ロ）のような構造を有するものを挙げることができる（例えば特許文献１参照）。つまり、図８（イ）は、逆止弁内の流路が閉鎖している状態を示し、流体が流入する流入部３２ａと、この流入部３２ａより大きい径の流入部３２ｃと、流入部３２ａと流入部３２ｃの段差に設けた弁座３２ｂを備えた弁ケース３２と、弁座３２ｂに弁体３３を圧接して流体の逆流を防止する加圧ばね３４と、弁ケース３２にねじ部３２ｄで固定され、弁体３３を弁座３２ｂに圧接する加圧ばね３４を固定するフィッティング３５と、から構成される。高圧に加圧された流体が逆止弁の流入部３２ａから供給されると、図８（ロ）に示すように弁体３３が供給圧で押し下げられて、弁座３２ｂと弁体３３との間に生じた隙間から流体が流れ出すものである。

また、加圧ばね等付勢に伴う反力を利用しない逆止弁として、図９（Ａ），（Ｂ）のような構造を挙げることができる（例えば特許文献２参照）。つまり、弁座と弁体の両方に磁性体を使用し逆止の効果を保持する逆止弁として、一端部に流入口４３を設けるとともに他端部に流出口４５を設ける中空の導管４１と、導管４１内に移動自在に設けるポペット４７と、導管４１に設ける外部磁石４９と、ポペット４７の内部に設ける内部磁石４５とを備え、ポペット４７が流出口側の圧力Ｂと流入口側の圧力Ａとの差圧及び内外磁石４５、４９の磁力Ｍとの関係により移動の有無及び方向を決定する高める機能を有している。

特開２００３−２４７６５９号公報 特開２０００−３３７５３９号公報

しかしながら、半導体用特殊材料ガス供給装置のガス供給流路においては、配管のメンテナンス時や逆止弁の上流部に接続された機器を交換する場合、さらに厳格に配管内への大気混入を防ぐ必要があることから、逆止弁の下流側から窒素などのパージガスを逆流させながら、保守や交換する方法を実施することが好ましく、こうした要請が強い。このとき、通常の逆止弁５１では、図１０（Ａ）に示すように、上流からはパージガスを送ることができるが、逆止機能が作用することにより、図１０（Ｂ）に示すように、下流からのパージガスを送ることはできない。また、通常特別な操作機構がないため、一度取り付けてしまった配管ラインに逆方向のガスを送ることが非常に困難であり、その必要がある場合、配管の開放を余儀なくされる。このとき、窒素パージを行うために配管の開放を行うと、一時的であっても配管内部が大気に汚染される危険性があり、大気の混入によって汚染・腐食の原因になる可能性がある。

上記の問題を避けるためには、図１０（Ｃ）に示すように、逆止弁５１と並列にバルブ５２付きのバイパスライン５３を追加して逆止弁を迂回させる方法が取ることも可能であるが、通常時使用しないバイパスライン５３分だけ接続継手が増え、ガス漏洩の危険性が増すこと危険性がある。また、コスト面やスペース面あるいはデットボリュームが増加ずる点においても好ましくない。さらに、メンテナンス終了後においてバイパスラインバルブの閉め忘れがあれば、逆止弁のもつ逆止機能が無力化する危険性などが存在する。

また、こうしたガス供給装置にあっては、気密性の確保が重要であり、保守点検時あるいは定期的に流路内部を加圧しリーク量を検出する気密試験が行われる。このとき、図１０（Ｄ）に示すように、逆止弁５１の上流側の配管部５４については、上記同様、逆止機能によって加圧試験ができず、また、図１０（Ｅ）に示すように、該配管部５４への圧力検出器５５の取り付けも困難であることから気密性の確認が難しい。

また、上記のような磁石を利用して弁体を移動させる方法は、外部磁石が逆止弁本体に組み込まれた一体構造となっているため、シール性については逆止弁本来の機能として問題ないが、下流側の圧力が上流側よりも大きいときに逆止機能によって上流側のパージができないことは従前の通りであり、メンテナンス時に下流側からのパージガス圧力の変更に応じで弁体を開くことは、一定磁力の固定外部磁石では不可能である。

以上のように、従前の逆止弁を用いた場合にあっては、
（１）自在に逆止弁の効果を無効にすることができないため、バルブ交換等のメンテナンス作業が困難になる。
（２）自在に調整できる機器に関しては、メンテナンス後の復旧忘れ等が重大事故の原因になる。
（３）自在に調整できる機器は構造が複雑になることから、機器自体が大きくなり、配管レイアウト上の変更が必要になる。同時に逆止弁の構造が複雑になるため大幅なコストアップにつながる。

本発明の目的は、流体供給流路に配設し、通常の運転時は逆止弁として機能を発揮するとともに、外部とのシール性を維持しながら下流側から流体を供給することができる汎用性の高い逆止弁を提供することである。また、例えば半導体製造工場で使用される特殊ガス供給用配管などの流体供給装置にこうした逆止弁を用いることによって、配管のメンテナンス性能に優れ、流路内の外気による汚染を防止できる流体供給装置を提供することをも目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下に示す逆止弁およびこれを用いた流体供給装置によって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。なお、ここでいう「流体」とは、気体や液体のみならず、広く粉粒体などのように流動性を有するものを含むものである。

本発明は、流体用の逆止弁であって、両端の取合部および中空部によって流路を形成する本体部、（２）該中空部に配置され、移動可能な常磁性材料からなるとともに、前記流路を封止する一端部と付勢可能な他端部を有する弁体、および（３）該弁体を挟むように設置された磁極を有し、前記本体部の外周部に対し配設し、かつ該磁極の取り付け・取り外しが可能、あるいは磁極の取り付け位置の変更が可能な外装体、からなることを特徴とする。

こうした構成によって、通常の運転時は逆止弁として機能を発揮するとともに、外部から強制的に逆止弁としての機能を停止させあるいは制限する機能（以下「逆止制限機能」という。）によって、パージガス等を逆方向に流体を供給することが可能となる。さらに、本発明の特徴として、これらを外部とのシール性を維持しながら操作することができる点において、半導体用特殊材料ガス供給装置などのように外気の混入を嫌う装置に対して非常に有用な手段となる。また、弁体を外部から操作する部材として、弁体を挟むように設置された磁極を有し、取り付け・取り外しあるいは移動可能な外装体を設けることによって、逆止弁の使用条件などに対応した逆止機能と逆止制限機能の調整をすることが可能となり、汎用性の高い逆止弁の供給が可能となる。

本発明は、上記逆止弁であって、前記磁極が、電磁石からなり、前記弁体との間に吸着力を生じる磁性および反発力を生じる磁性との切り換えを可能とすることを特徴とする。

半導体用特殊材料ガス供給装置などにおいては、ガスの圧力や供給流量などの条件を変更しつつかつ正確に制御することが求められる。従って、こうした装置に使用される逆止弁についても、ガス供給流路の内部圧力や流量条件に適用した逆止機能と逆止制限機能が要求される。本発明は、逆止弁において、上記のように磁極の取り付け・取り外しが可能、あるいは磁極の取り付け位置の変更が可能な外装体を有することによって、こうした両機能の調整可能な構成とするとともに、磁極の極性および磁力を可変とすることによって、弁体に対する強制力を制御することが可能となり、逆止機能と逆止制限機能のさらに微調整を行うことが可能となった。

本発明は、上記逆止弁であって、前記外装体が、前記本体部の外側面の一部に対し切り欠き部を有し、該切り欠き部を介して取り付け・取り外しが可能、あるいは磁極の取り付け位置の変更が可能な構造を有することを特徴とする。

上記の逆止弁については、取り付け・取り外しが可能、あるいは磁極の取り付け位置の変更が可能な構造を有することによって、汎用性の高い逆止弁の供給が可能となる。一方実際の流体供給装置にあっては、複数の供給流路が設けられ、各々の流路において様々な取り付け位置や方向に逆止弁が設けられていることから、取り付け・取り外しあるいは磁極の取り付け位置の変更が容易、かつ確実であることが望まれる。本発明は、外装体の断面をコの字型形状とし上下に磁石が取り付けられる構造（ここでは、「ヨーク」といい、以下同じ。）とすることによって、こうした要請に対応する構成とすることが可能となる。また、流路のパージの時のみヨークの取り付け操作を行う場合には、目視によってメンテナンスの実施の確認が可能であり、パージ完了時の取り外し操作によって簡易に復旧することができるため、復旧の確認も目視で確実に実施することができ、復旧忘れなど操作ミスの低減を図ることができる。また、ヨークなどを用いて磁極を配設することによって、均等な磁力で弁体に機能し、円滑に弁体を移動させることができる。

本発明は、上記逆止弁であって、前記弁体の外周面の一部に溝部を設け、前記本体部の内周面に中空部の中心軸の鉛直方向に移動可能な常磁性材料からなる軸体を設ける、または（２）前記本体部の内周面一部に溝部を設け、前記弁体の外周面に中空部の中心軸の鉛直方向に移動可能な常磁性材料からなる軸体を設ける、のいずれかの構成を有するとともに、該軸体の一端が前記溝部に係止することができることを特徴とする。

上記の逆止弁については、その上流側と下流側のガスの圧力関係および弁体を構成する付勢可能な他端部の弾性と磁性による吸着力あるいは反発力とのバランスによって、ガスの流通機能、逆止機能および逆止制限機能を有している。しかしながら、そのバランスが例えば下流側の圧力上昇によって大きく崩れた場合には、逆止制限機能に対して大きな影響を与えることがあることから、予防的に逆止制限機能を確保する機能を有することが好ましい。本発明は、上記いずれかの構成を有することによって、弁体を磁極の吸着力または反発力によって強制的に移動させた後、その状態を維持することができる機能を確保するものである。これによって、通常の運転時は逆止弁として機能を発揮するとともに、外部とのシール性を維持しながら下流側から流体を供給することができる機能を確実に確保することができる汎用性の高い逆止弁を提供することが可能となる。

本発明は、上記いずれかに記載の逆止弁を用いた流体供給装置であって、該逆止弁の内部に配設された弁体の一端部を流体供給流路の上流側に配置し、逆止弁本体部の外周部に配設された磁極によって弁体を下流側に移動せしめることによって、流体供給流路のシール性を確保しつつ該逆止弁の上流側の流体供給流路のパージを可能とすることを特徴とする。

上記の逆止弁は、流体供給流路に配設し、通常の運転時は逆止弁として機能を発揮するとともに、外部とのシール性を維持しながら下流側から流体を供給することができる構成を有している。従って、かかる逆止弁を、半導体用特殊材料ガス供給装置などの流体供給装置に用い、その一端部を流体供給流路の上流側に配置し、前記磁極によって弁体を下流側に移動せしめることによって、流体供給流路のシール性を確保しつつ該逆止弁の上流側の流体供給流路のパージを可能とし、配管のメンテナンス性能に優れた流体供給装置を提供することができる。

本発明は、上記流体供給装置であって、前記磁極の位置あるいは磁極の磁界強度を変更し磁極と弁体との間の磁力を調整することによって、流体供給流路のシール性を確保しつつパージ圧力あるいはパージ流量を制御することを特徴とする。

逆止弁における逆止機能は、比較的ガスの圧力や供給流量などに影響されずに所定の条件設定によって安定した特性を確保することができる一方、逆止機能を破りパージ用として所定量のガスを供給するには、ガスの圧力や供給流量などとのバランスを考慮した付勢からの反発力あるいは磁極からの吸着力や反発力を調整する必要がある。本発明においては、磁極に電磁石を用い、磁極の位置あるいは磁極の磁界強度を変更することによって、磁極と弁体との間の磁力を調整し、逆止機能と逆止制限機能の調整を行うことが可能となった。従って、外部とのシール性を維持しながら配管のメンテナンス性能に優れた流体供給装置を提供することが可能となった。

以上のように、本発明によれば、流体供給流路に配設し、通常の運転時は逆止弁として機能を発揮するとともに、外部とのシール性を維持しながら下流側から流体を供給することができる汎用性の高い逆止弁を提供することができる。また、例えば半導体製造工場で使用される特殊ガス供給用配管などの流体供給装置にこうした逆止弁を用いることによって、配管のメンテナンス性能に優れた流体供給装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

＜本発明に係る逆止弁の基本的な構成について＞
図１（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の逆止弁の基本的な構成（構成例１）およびその動作を例示する概略図である。図１（Ａ）〜（Ｅ）において、逆止弁は、本体部１、弁体２および外装体３からなり、（１）本体部１は、両端の取合部４ａ，４ｂおよび中空部５によって流路を形成し、（２）弁体２は、中空部５に配置され、移動可能な常磁性材料からなるとともに、流路を封止する一端部２ａと付勢可能な他端部２ｂを有し、（３）外装体３は、弁体２を挟むように設置された磁極３ａ，３ｂを有し、本体部１の外周部に対し配設し、かつ磁極３ａ，３ｂの取り付け・取り外しが可能、あるいは磁極３ａ，３ｂの取り付け位置の変更が可能であることを特徴とする。

本体部１は、図１（Ａ）に例示する内部構造および図１（Ｄ）に例示する外観構造を有し、その両端に取合部４ａ，４ｂを有し、中空部５を形成するような円筒形状体で構成するものを挙げることができる。素材は、堅牢な構造を形成することが可能であれば特に制限はないが、半導体用特殊材料ガス供給装置などに使用される場合には、耐食性を必要とすることから、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ−３１６Ｌ等）などを使用することが好ましい。取合部４ａ，４ｂは、この逆止弁を使用する装置内の配管との接続が容易で、所定の耐圧性・シール性を有するように、図１に例示するような螺子形状を施すことが好ましい。また、中空部５の一方（図１では取合部４ａ側）には、弁体２の一端部２ａと接合あるいは嵌合状態においてシールを形成するシール凸部５ａが設けられ、他方（図１では取合部４ｂ側）には、弁体２の他端部２ｂが係止し付勢する係止部５ｂが設けられている。

弁体２は、本体部１の中空部５に摺動可能に配置され、その一部または全体を常磁性材料からなる。図１（Ａ）における取合部４ａ側からのガスの流れに対しては、ガスの圧力によって弁体２が中空部５を移動し、一端部２ａとシール凸部５ａの間に所定の空隙が生じ、他端部２ｂが係止部５ｂに係止して付勢する状態を形成する。一方、図１（Ｂ）における取合部４ｂ側からのガスの流れに対しては、ガスの圧力および他端部２ｂの反発力によって弁体２が中空部５を移動し、一端部２ａとシール凸部５ａの間を接合あるいは嵌合するようにシール状態を形成する。

図１（Ａ）〜（Ｃ２）においては、一端部２ａが弁体２の一部を形成し、他端部２ｂが別体としてバネ（２ｂ）を形成する構成を例示しているが、上記の機能を有する構成であればこれに限定されるものではない。例えば、他端部２ｂが弾性を有する樹脂成形体である場合にも同様の機能を確保することができる。また、弁体２全体が弾性を有する樹脂成形体である場合には、内部に磁性体を包含して一体として成形することができる。また、シール凸部５ａと接合する一端部２ａの端面には、接合・離間を繰り返しても十分にシール性を維持できるように、可撓性のあるシール用シートを有することが好ましく、あるいは一端部２ａ全体が可撓性と弾性を有する樹脂成形体で形成することが好ましい。

弁体２の素材は、中空部５の内周を摺動し、一端部２ａでのシール性、他端部２ｂでの弾性を有することが可能であれば特に制限はないが、半導体用特殊材料ガス供給装置などに使用される場合には、耐食性を必要とすることから、例えばＰＣＴＦＥやカルレッツなどの樹脂などを使用することが好ましい。また、常磁性を有する弁体２の形成には、一端部２ａを除く部分を耐蝕性あるいは特殊ガスなどとの反応性の低いニッケル（Ｎｉ）などの常磁性材料で構成する方法や弁体２の内部に鉄（Ｆｅ）やＮｉなどの常磁性材料を封じる方法あるいは粉粒状の常磁性材料を混入した素材によって弁体２を成形する方法などを挙げることができる。

外装体３は、図１（Ｃ１）に例示するように、弁体２を挟むように設置された磁極３ａ，３ｂを有し、本体部１の外周部に対し配設される。このとき、外装体３は、本体部１の外側面の一部に対し切り欠き部３ｃを有し、切り欠き部３ｃを介して取り付け・取り外しが可能、あるいは磁極３ａ，３ｂの取り付け位置の変更が可能な構造を有することが好ましい。具体的には、図１（Ｅ）に例示するヨーク３のような構造を挙げることができる。弁体２と引き合う磁性の磁極３ａ，３ｂを有するヨーク３を、図１（Ｅ）のように本体部１に配設すると、常磁性材料からなる弁体２は、磁極３ａ，３ｂの磁性によって吸引され、ガスの押圧とバネ２ｂ（他端部２ｂに相当）の反発力を上回る力によって、シール凸部５ａと一端部２ａを離間させることができる。また、ヨーク３を用いて弁体２に対してほぼ均等な距離に磁極３ａ，３ｂを本体部１に配設することによって、均等な磁力で弁体２に機能し、円滑に弁体２を移動させることができる。また、複数の磁極を用いた場合に問題となる磁極３ａ，３ｂ同士の吸着力による配置の安定性などの影響もない。

なお、磁極３ａ，３ｂが弁体２と反発し合う磁性を有する場合には、図１（Ｃ２）に例示するように、図１（Ｃ１）と流路に対して対向する位置にヨーク３を設けることによって同様の効果を得ることができる。このとき、磁極３ａ，３ｂの取り付け位置を変更し、弁体２との流路方向の距離あるいは流路と垂直な方向の距離を変更することによって、シール凸部５ａと一端部２ａの開度を調整することが可能となる。さらに、電磁石からなる磁極３ａ，３ｂを用い、弁体２との間に吸着力を生じる磁性および反発力を生じる磁性との切り換えを可能とすることも好ましい。吸着力を生じる磁性とすることによって、シール凸部５ａと一端部２ａを離間させることができるとともに、反発力を生じる磁性に切り換えることによって、シール凸部５ａと一端部２ａとのシール性を高め、逆止効果を強くすることができる。なお、磁極の数量は２つに限定されず、２以上あるいは円筒状や半円筒状の１体の磁極とすることもできる。

〔本発明に係る逆止弁の機能〕
次に、この逆止弁の機能を、図１（Ａ）〜（Ｅ）に例示するように、ガスを流そうとする力との関係によって説明する。ここでは、図１（Ａ）のような逆止弁の上流側（ガスの流れの上流ではなく逆止弁の取合部４ａ側をいう。以下同じ）からのガスの流れを「正方向の流れ」といい、図１（Ｂ）のような逆止弁の下流側（ガスの流れの下流ではなく逆止弁の取合部４ｂ側をいう。以下同じ）からのガスの流れを「逆方向の流れ」といい、いずれの方向からもガスの流れがない状態つまり上流側の流路内圧力（以下「上流側圧力Ｐｕ」という。）と下流側の流路内圧力（以下「下流側圧力Ｐｄ」という）が等しい場合を静止状態という。静止状態においては、バネ２ｂの反発力によって、弁体２は中空部５の上流に押し付けられ、シール凸部５ａと一端部２ａとの間でシール状態を形成する。

（１）正方向の流れに対する機能
上流側の圧力Ｐｕが下流側の圧力Ｐｄを上回り、かつバネ２ｂの反発力Ｋを超える圧力となった場合に正方向の流れが生じる。つまり、上流側の初期圧力Ｐｕ_０が、下流側の圧力Ｐｄおよび反発力Ｋ_０との関係において圧力条件「Ｐｕ_０≧Ｐｄ＋Ｋ_０」となった場合、弁体２が上流側から下流側へ中空部５を移動し、一端部２ａとシール凸部５ａの間に所定の空隙が生じて正方向のガスの流れが生じ、弁体２が圧力条件「Ｐｕ＝Ｐｄ＋Ｋ」となる位置において安定する。このとき、ガスは図１（Ａ）に示すような流れを形成し、弁体２のバネ２ｂは係止部５ｂに係止して反発力Ｋにて付勢する状態を形成する。

（２）逆方向の流れに対する機能
上記（１）とは逆に、上流側の初期圧力Ｐｕ_０が、下流側の圧力Ｐｄおよび反発力Ｋ_０との関係において圧力条件「Ｐｕ_０＜Ｐｄ＋Ｋ_０」となった場合においては、逆止弁の逆止機能が働きガスの流れが停止する。つまり、逆止弁を稼動させる場合や、（１）の状態から上流側の圧力Ｐｕが低下し圧力条件「Ｐｕ＜Ｐｄ＋Ｋ_０」となった場合には、弁体２が下流側から上流側へ中空部５を移動し、一端部２ａとシール凸部５ａの間の空隙が閉じ正方向のガスの流れが停止しあるいは逆方向の流れが生じない状態となる。このとき、下流側からのガスは、図１（Ｂ）に示すように停止し、弁体２は下流側の圧力Ｐｄおよび反発力Ｋによって、その一端部２ａをシール凸部５ａと接合あるいは嵌合状態で押し付けられシール状態を形成する。

（３）逆止機能を制限する機能
次に、（２）状態において、図１（Ｅ）に示すように、磁性体である磁極３ａ，３ｂを有するヨーク３を本体部１に配設すると、常磁性材料からなる弁体２は、磁極３ａ，３ｂの磁力Ｍによって吸引され、逆止弁の逆止機能が制限される。つまり、上流側の圧力Ｐｕと磁力Ｍの合力が下流側の圧力Ｐｄを上回り、かつバネ２ｂの反発力Ｋを超える圧力となった場合に正方向の流れが生じる。具体的には、上流側の圧力Ｐｕ_０が、下流側の圧力Ｐｄおよび反発力Ｋ_０との関係において圧力条件「Ｐｕ_０＋Ｍ≧Ｐｄ＋Ｋ_０」となった場合、弁体２が上流側から下流側へ中空部５を移動し、一端部２ａとシール凸部５ａの間に所定の空隙が生じて正方向のガスの流れが生じ、弁体２が圧力条件「Ｐｕ＋Ｍ＝Ｐｄ＋Ｋ」となる位置において安定する。このとき、弁体２の本体部１との位置関係は図１（Ａ）と同様であるが、ガスは図１（Ｃ１）に示すような流れを形成し、弁体２のバネ２ｂは係止部５ｂに係止して反発力Ｋにて付勢する状態を形成する。

ここで、磁極３ａ，３ｂが、電磁石からなり、弁体２との間に吸着力を生じる磁性および反発力を生じる磁性との切り換えを可能とすることによって、さらに以下の機能を有することが可能となる。
（ａ）磁極３ａ，３ｂを弁体２との間に吸着力を生じる磁性とすることによって、ヨーク３を固定した状態で逆止制限機能を稼動・停止を制御することが可能となる。
（ｂ）また、（１）の状態で磁極３ａ，３ｂの磁力を調整することによって、一端部２ａとシール凸部５ａの間の開口度を変更することができる。開口度を調整することによって、上流側の圧力あるいは流量を調整することが可能となる。
（ｃ）ヨーク３を（１）や（２）と同じ状態で固定し磁極３ａ，３ｂを弁体２との間に反発力を生じる磁性とすることによって、正方向の流れに対して抵抗を働かせることができる。つまり、バネ２ｂの同じ方向の力を弁体２に加え、逆止機能を上げることができる。
（ｄ）さらに、（３）の状態で磁力を調整することによって、一端部２ａとシール凸部５ａの間の開口度を変更することができる。開口度を調整することによって、下流側の圧力あるいは流量を調整することが可能となる。

〔本発明に係る逆止弁の機能試験〕
上記の構成を有する逆止弁について、実動条件における機能確認試験およびヨークの機能試験を行った。

（１）逆止弁の機能確認試験
（１−１）実験条件
図１（Ｃ）に例示するような構成を有する逆止弁を用い、リークパージ圧力である０．０５ＭＰａ以下の圧力で逆止制限機能が生じる磁極の吸着力を用い検証した。吸着力による評価は、磁性体同士が引き合う吸着力を用いることによって、磁性体の配置や磁性体同士の距離など変動要因の多い条件下においても、より客観性の高い評価が可能となる。
（１−２）実験結果
リークパージ圧力を０．０５ＭＰａとし吸着力を代えて実験したところ、吸着力０．７５ｋｇにおいてパージガスの逆方向の流れが発生した。つまり、吸着力０．７５ｋｇ以上の円柱磁石を取り付けたヨークを使用することにより、リークパージ圧力である０．０５ＭＰａ以下において逆止制限機能を得ることができることを確認できた。

（２）ヨークの機能試験
（２−１）実験条件
（１）と同じ逆止弁を用い、図２（Ａ）に示すような実験フローによって、逆止弁を含む配管系に封入されたガスの開放圧力を求める。この圧力が、本発明における逆止弁の逆止制限機能が働く指標となる。また、磁極の取り付けにおいてヨークを用いた場合と用いない場合について検証した。実験フローは、供給源１１からのガスを圧力調整器１２および絞り部１３を介して被検体である逆止弁１０に供給することができ、圧力調整器１２によって圧力条件を調整し、そのときの圧力計１４によって測定する。ヨークを用いない場合は、図２（Ｂ）に示すように、磁極３ａ，３ｂを直接本体部１に配設した。
（２−２）実験結果
下表１および図３に示すように、ヨーク付吸着力１１．５ｋｇ以上の円柱磁石を使用したヨークを取り付けることにより、通常パージ圧力の０．７ＭＰａ以下で逆止弁のアンロック効果が得られた。また、ヨークを用いない場合に比較し、ヨークを用いることによって得られた均等な吸着力の効果も検証することができた。

（３）まとめ
以上の実験の結果、特殊材料ガス供給装置などにおいて通常使用されるリークパージ圧力やパージ圧力に対応した吸着力の設定ができる逆止弁の供給が可能となった。また、磁極の配設に際しては、ヨークを用いることによって、より安定的に、かつより低い吸着力で逆止弁の逆止制限機能を働かせることができることが検証された。

〔本発明に係る逆止弁の他の構成について〕
上記のような構成例１においては、下流側からの「逆方向」の流れに対して弁体２を磁極３ａ，３ｂの吸着力によって強制的に移動させ、逆止機能を制限している。しかしながら、圧力条件「Ｐｕ_０＋Ｍ≧Ｐｄ＋Ｋ_０」が維持できない場合、つまり下流側の圧力Ｐｄが強く圧力条件「Ｐｕ_０＋Ｍ＞Ｐｄ＋Ｋ_０」となる場合には、逆止機能を制限するためにはこれに対応した磁極３ａ，３ｂの吸着力を強力にする必要がある。本発明は、図４（Ａ）〜（Ｅ）に示すような構成（構成例２）によって、弁体２を磁極３ａ，３ｂの吸着力または反発力によって強制的に移動させた後、その状態を維持することができる機能を確保するものである。

具体的には、図４（Ａ）〜（Ｄ）に例示するように、本体部１の内面部１ａ，１ｂに、中空部５の中心軸の鉛直方向に移動可能で、かつ弁体２と同じ磁性を有する軸体６ａ，６ｂを設けるとともに、弁体２の外周に溝部２ｃを設け、軸体６ａ，６ｂの一端が該溝部２ｃに係止することができる構成を挙げることができる。ここで、軸体６ａ，６ｂは、常磁性材料からなり一端を含め流体の圧力に対する強度を有する素材であれば特に限定されない。

（１）図４（Ａ）は、正方向の流れにおける各部の状態を示している。弁体２と本体部１との位置関係を含め、基本的には第１構成例における図１（Ａ）と同様である。ここで、軸体６ａ，６ｂは、弁体２との反発力によって内面部１ａ，１ｂのより本体部１の外周面側に押しやられ、弁体２との接触はない状態となっている。つまり、軸体６ａ，６ｂを、弁体２と同じ磁性を有するものとすることによって、弁体２の移動に対して負荷のかからない状態を確保することができる。

（２）図４（Ｂ）は、逆方向の流れにおける各部の状態を示している。弁体２と本体部１との位置関係を含め、基本的には第１構成例における図１（Ｂ）と同様である。ここで、軸体６ａ，６ｂは、図４（Ａ）と同様、弁体２との反発力によって内面部１ａのより本体部１の外周面側に押しやられ、弁体２との接触はない状態となっている。

（３）本体部１に磁極３ａ，３ｂを配設し、反発力を弁体２に働かせると、図４（Ｃ）に示すように、弁体２は一端部２ａとシール凸部５ａの間に隙間が生じるように下流側に移動する。ここで、軸体６ａ，６ｂは、弁体２と反発しながらも、磁極３ａ，３ｂと同じ磁性を有することから、強力な磁極３ａ，３ｂからの反発力によって弁体２の外周面と近接する状態となっている。

（４）弁体２が下流側へ所定量移動すると、上記圧力条件「Ｐｕ_０＋Ｍ＝Ｐｄ＋Ｋ_０」としてバランスする位置において略停止状態を形成する。予め弁体２に設けられた溝部２ｃがこの条件において内面部１ａ，１ｂの近傍に位置するように設定しておくと、停止状態を形成すると同時に、図４（Ｄ）に示すように、磁極３ａ，３ｂからの反発力によって、内面部１ａ，１ｂに設けられた軸体６ａ，６ｂの先端部は、弁体２の溝部２ｃに挿入され係止する状態となる。このとき、軸体６ａ，６ｂに対しては、中空部５の中心軸の鉛直方向に弁体２および磁極３ａ，３ｂからの反発力が働くとともに、内面部１ａ，１ｂによって移動方向が制限されている一方、中空部５の中心軸方向には殆ど力が働いていない。従って、弁体２の溝部２ｃに挿入され係止状態となった軸体６ａ，６ｂの先端部は、中空部５の中心軸方向に働く上流側および下流側の圧力条件に影響されることはない。つまり、パージ中に下流側の圧力が大きく上昇した場合であっても、逆止制限機能が低下することはないという優れた機能を有することとなる。

なお、図４（Ａ）〜（Ｄ）に例示する構造においては、内面部１ａ，１ｂの位置は固定であるが、本体部１への取り付け位置を変更することや本体部１を複数の分割可能な構造とすることによって、任意に調整できるようにすることも可能である。

また、上記（１）〜（４）においては、弁体２に溝部２ｃを設け、本体部１側に軸体６ａ，６ｂを配設し、かつ弁体２、軸体６ａ，６ｂおよび磁極３ａ，３ｂの磁性が全て同じ場合について説明したが、溝部２ｃや軸体６ａ，６ｂの位置あるいは弁体２、軸体６ａ，６ｂおよび磁極３ａ，３ｂの磁性について、これに限定されるものではない。例えば、図４（Ｅ）のように弁体２の外周内部２ｄ，２ｅに軸体６ａ，６ｂを設け、本体部１に溝部１ｃを設けた場合においても、同様の機能を得ることができる。また、このとき、軸体６ａ，６ｂを弁体２と磁極３ａ，３ｂと異なる磁性とすることによって、同様の機能を得ることができる。また、電磁石によって磁極３ａ，３ｂを構成し磁性の付加あるいは変更を行うことによっても、同様の効果を得ることが可能である。

＜本発明に係る逆止弁を用いたガス供給装置＞
次に、本発明に係る逆止弁を用いたガス供給装置（以下「本装置」という。）の構成例について説明する。具体的には、上記逆止弁の特徴を活用し、内部に配設された弁体の一端部を流体供給流路の上流側に配置し、逆止弁本体部の外周部に配設された磁極によって弁体を下流側に移動せしめることによって、流体供給流路のシール性を確保しつつ該逆止弁の上流側の流体供給流路のパージを可能とすることを特徴とするものである。以下、図５に基づき、その詳細を説明する。

本装置の代表例である特殊ガス供給装置では、図５に示すような、２つのほぼ同一の流路を有する供給系統２０ａ，２０ｂから構成されている。つまり、１つの供給系統２０ａにおいて、所定の圧力に充填された高圧容器２１ａに接続された配管２２ａから流路Ａａに供給された特殊ガスは、圧力調整器２３ａによって所望の圧力に調整されて所望の流量に調整されて供出口２４から例えば半導体製造装置などのプロセスに供給される。供給系統２０ｂにおいても同様の構成であり、通常は両系統２０ａ，２０ｂを交互に切り換えて一方の供給系統のみを使用し、他方を予備供給系統とする。しかし多量のガス供給が必要な場合には、同時に両系統２０ａ，２０ｂを使用し十分な供給量を確保することができる。図４では、供給系統２０ｂを使用し、供給系統２０ａについて保守を行う場合を例示している。

また、本装置は、低沸点の特殊ガスのようにガスの多量供給によって生じる高圧容器２１ａ，２１ｂの温度低下を防止すべく散水供給路Ｗ、高圧容器２１ａ，２１ｂや流路に配設された各部品あるいは流路を構成する各部品の交換などに際して使用されるパージ供給路Ｐ、リークチェックガス供給路Ｌ、ライン窒素（Ｎ_２）供給路Ｎなどが設けられ、また、予備的にパージガスを供給できるようにパージ用バルブ２５ａが設けられている。これらの流路と流路Ａａ，Ａｂとは、切換弁（電磁弁）２６ａや２７ａ，２６ｂや２７ｂを介して接続され、流路Ａａ，Ａｂのパージやリークチェックなどが実施される。なお、供給路Ｎは装置外部でベント（図示せず）と接続され、使用されたラインＮ_２とともにベント供出口Ｖを介してベントに戻される。

〔本装置における逆止弁の機能〕
図５に示すように、本装置においては、散水供給路Ｗを除く上記供給路Ｐ，Ｌ，Ｎの主要流路に逆止弁が設けられ、保守・点検時における外気の混入を防止している。つまり、供給路Ｌに逆止弁１０ａ、供給路Ｐに逆止弁１０ｂおよび１０ｅ、供給路Ｎに逆止弁１０ｃおよび１０ｆ、各供給路が接続している流路Ｂａ，Ｂｂに逆止弁１０ｄおよび１０ｇが配設されている。本装置では、流路Ａａ，Ａｂに特殊ガスが流れることから、この流路Ａａ，Ａｂに設けられた部品の交換時におけるパージ処理とこれに関連する流路Ｂａ，Ｂｂに設けられた逆止弁１０ｄおよび１０ｇの機能が重要となる。具体的には、図６の丸枠内に示す圧力調整器２３ａや電磁弁２６ａなどの交換や分解清掃などの保守時において、本発明に係る逆止弁１０ｄが優れた機能を果たしている。

図６（Ａ）〜（Ｅ）は、電磁弁２６ａを流路Ａａから取り外した場合の逆止弁１０ｄの機能を示している。図６（Ａ）の丸枠内に示す電磁弁２６ａを取り外す時あるいは取り外した後の本装置の状態を図６（Ｂ）に示し、図６（Ｃ）は取り外す時あるいは取り外した後の従前の装置の状態を示している。つまり、従前の逆止弁を用いた場合には、図６（Ｃ）に示すように、パージガス供給口Ｐから導入されたパージガスは、逆止弁１０ｄまでの流路ａおよび流路ｂを介して流路ｃおよび流路ｄへの供給は可能であるが、逆止弁１０ｄ以降の流路ｆおよび流路ｅについては供給できない。このとき、パージ用バルブ２５ａからパージガスを導入することによって、流路ｅのパージを行うことができる。しかしながら、流路ｆについては、ガス供給流路への外気の混入を防ぎながらパージすることは難しく、保守作業も煩雑となる。一方、本装置では、図６（Ａ）に示すように、本発明に係る逆止弁１０ｄを使用することによって逆止機能を制限することができ、ガス供給流路への外気の混入もなく流路ｆのパージを行うことができ、特別な保守作業も不要である。

また、図６（Ａ）の丸枠内に示す電磁弁２６ａが流路ｄと流路ｅを接続した状態で取り外し可能な電磁弁である場合について、その電磁弁２６ａを取り外す時あるいは取り外した後の本装置の状態を図６（Ｄ）に示し、図６（Ｅ）は取り外す時あるいは取り外した後の従前の装置の状態を示している。つまり、従前の逆止弁を用いた場合には、図６（Ｅ）に示すように、パージガス供給口Ｐから導入されたパージガスは、逆止弁１０ｄまでの流路ａおよび流路ｂを介して流路ｃ、流路ｄおよび流路ｅへの供給は可能であるが、逆止弁１０ｄ以降の流路ｆについては供給できない。一方、本装置では、図６（Ｄ）に示すように、本発明に係る逆止弁１０ｄを使用することによって逆止機能を制限することができ、ガス供給流路への外気の混入もなく流路ｆのパージを行うことができる。またこの場合、パージ用バルブ２５ａからのパージガスの導入は必要とされず、特別な保守作業も不要である。

図７（Ａ）および（Ｂ）は、圧力調整器２３ａを流路Ａａから取り外した場合の逆止弁１０ｄの機能を示している。図７（Ａ）は取り外す時あるいは取り外した後の本装置の状態を示し、図７（Ｂ）は取り外す時あるいは取り外した後の従前の装置の状態を示している。つまり、従前の逆止弁を用いた場合には、図７（Ｂ）に示すように、パージガス供給口Ｐから導入されたパージガスは、逆止弁１０ｄまでの流路ａおよび流路ｂと流路ｃへの供給は可能であるが、流路ａに留まり逆止弁１０ｄ以降の流路ｆおよび流路ｄについては供給できない。このとき、パージ用バルブ２５ａからパージガスを導入することによって、流路ｄのパージを行うことができる。しかしながら、流路ｆについては、ガス供給流路への外気の混入を防ぎながらパージすることは難しく、保守作業も煩雑となる。一方、本装置では、図７（Ａ）に示すように、本発明に係る逆止弁１０ｄを使用することによって逆止機能を制限することができ、流路ａ、流路ｆおよび流路ｄさらには流路ｅまでパージを行うことができる。従って、ガス供給流路への外気の混入もなく、またパージ用バルブ２５ａからのパージガスの導入の必要もなく、特別な保守作業も不要である。

このとき、逆止弁の磁極の位置あるいは磁極の磁界強度を変更し磁極と弁体との間の磁力を調整することによって、流体供給流路のシール性を確保しつつパージ圧力あるいはパージ流量を制御することが好ましい。つまり、上記図７（Ａ）の例においては、パージガスの流路ｂと流路ｃへの供給流量と、流路ａ（流路ｆ）と流路ｄへの供給流量とがほぼ均等であることが好適であるが、各流路に配設された部品による流通抵抗によってバランスを欠くことから、逆止弁の開口度を調整することによって両者のバランスを図ることが可能となる。

以上のように、本装置は、例えば半導体製造工場で使用される特殊ガス供給用配管などとして用いることによって、配管のメンテナンス性能に優れたガス供給装置を提供することが可能となる。

以上のように、本発明は逆止弁がもつ本来の機能を制限する機能を持たせることによって、従前にない優れた機能を生み出したもので、非接触の冶具による磁力等を使用して保守時のみの非定常状態を簡易に作り出せる技術は、電磁弁のように普段閉状態（ノーマルクローズ）のバルブを開状態（ノーマルオープン）に変更することなどに利用することも可能である。

本発明に係る逆止弁の基本的構成およびその動作を例示する概略図 本発明に係る逆止弁の機能試験を行う実験フローを例示する説明図 本発明に係る逆止弁の機能試験の結果を例示する説明図 本発明に係る逆止弁の他の構成およびその動作を例示する概略図 本発明に係る逆止弁を用いたガス供給装置を例示する概略図 本装置を構成する切換弁の保守時における逆止弁の機能を例示する概略図 本装置を構成する圧力調整器の保守時における逆止弁の機能を例示する概略図 従来技術に係る逆止弁の１つを例示する概略図 従来技術に係る逆止弁の他の例を示す概略図 従来技術に係る逆止弁を用いたガス供給流路における逆止弁の機能を例示する説明図

符号の説明

１ 本体部
２ 弁体
２ａ 一端部
２ｂ 他端部（バネ）
３ 外装部（ヨーク）
３ａ，３ｂ 磁極
４ａ，４ｂ 取合部
５ａ シール凸部
５ｂ 係止部
１０，１０ａ〜１０ｇ 逆止弁
２０ａ，２０ｂ 供給系統
２１ａ，２１ｂ 高圧容器
２２ａ，２２ｂ 配管
２３ａ，２３ｂ 圧力調整器
２５ａ パージ用バルブ
２６ａ 電磁弁（切換弁）
Ａ，Ａａ，Ａｂ，Ｂａ，Ｂｂ ａ〜ｆ 流路

Claims (6)

1. （１）両端の取合部および中空部によって流路を形成する本体部、（２）該中空部に配置され、移動可能な常磁性材料からなるとともに、前記流路を封止する一端部と付勢可能な他端部を有する弁体、および（３）該弁体を挟むように設置された磁極を有し、前記本体部の外周部に対し配設し、かつ該磁極の取り付け・取り外しが可能、あるいは磁極の取り付け位置の変更が可能な外装体、からなることを特徴とする逆止弁。
2. 前記磁極が、電磁石からなり、前記弁体との間に吸着力を生じる磁性および反発力を生じる磁性との切り換えを可能とすることを特徴とする請求項１記載の逆止弁。
3. 前記外装体が、前記本体部の外側面の一部に対し切り欠き部を有し、該切り欠き部を介して取り付け・取り外しが可能、あるいは磁極の取り付け位置の変更が可能な構造を有することを特徴とする請求項１または２記載の逆止弁。
4. （１）前記弁体の外周面の一部に溝部を設け、前記本体部の内周面に中空部の中心軸の鉛直方向に移動可能な常磁性材料からなる軸体を設ける、または（２）前記本体部の内周面一部に溝部を設け、前記弁体の外周面に中空部の中心軸の鉛直方向に移動可能な常磁性材料からなる軸体を設ける、のいずれかの構成を有するとともに、該軸体の一端が前記溝部に係止することができることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の逆止弁。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の逆止弁を用いた流体供給装置であって、該逆止弁の内部に配設された弁体の一端部を流体供給流路の上流側に配置し、逆止弁本体部の外周部に配設された磁極によって弁体を下流側に移動せしめることによって、流体供給流路のシール性を確保しつつ該逆止弁の上流側の流体供給流路のパージを可能とすることを特徴とする流体供給装置。
6. 前記磁極の位置あるいは磁極の磁界強度を変更し磁極と弁体との間の磁力を調整することによって、流体供給流路のシール性を確保しつつパージ圧力あるいはパージ流量を制御することを特徴とする請求項５記載の流体供給装置。

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